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1 土木與防災研究所 碩士學位論文 無機聚合物材料應用於 CLSM 之研究 A Study on CLSM Using Geopolymer 研究生 : 鄭鵬企 指導教授 : 吳傳威 中華民國九十八年二月 i

2 摘要 論文名稱 : 無機聚合物材料應用於 CLSM 之研究頁數 :81 校所別 : 國立台北科技大學土木與防災研究所 畢業時間 : 九十七學年度第一學期 研究生 : 鄭鵬企 學位 : 碩士 指導教授 : 吳傳威 關鍵詞 : 無機聚合物 黏结材料 控制性低強度材料 在地下管溝或結構物開挖後的回填施工實務上, 控制性低強度材料 (CLSM) 解決了回填料夯實不足, 造成路面或回填區沉陷的問題 目前使用的 CLSM 主要是以卜特蘭 I 型水泥作為黏结材料 卜特蘭水泥雖是ㄧ種普遍使用且發展成熟的材料, 但一方面其製程並不環保, 另一方面則因其水化反應不斷進行, 導致回填材料難以真正控制在低強度, 造成日後再度開挖的困難, 並不符合使用 CLSM 之原始目的 本研究嘗試採用近年國內外新開發之一種無機聚合物材料 (Geopolymer) 來代替水泥, 作為 CLSM 的黏结材, 與粗細骨材一起拌合 在維持高流動性 ( 坍度 ) 的前提下, 製作 CLSM 圓柱試體 選擇 28 天與 12 小時龄期平均抗壓強度比值較低的配比, 試驗驗證其坍度 長度變化率 初凝時間等物理性能 本實驗結果初步顯示, 無機聚合物材料以適當配比拌合, 確實可達到 CLSM 在早強 低強度 與低體積變化率上之需求 i

3 ABSTRACT Title:A Study on CLSM Using Geopolymer Pages:81 School:National Taipei University of Technology Department:Institute of Civil and Disaster Prevention Engineering Time:January, 2008 Researcher:Peng-Chi Cheng Degree:Master Advisor:Dr. Chuan-wei Wu Keywords:Geopolymer,Bonded Material,CLSM For the construction practice of backfill after excavation of underground ducts or structures, the controlled low strength material (CLSM) has solved the problems of settlement of road surface or backfilled area due to insufficient compaction. At present, CLSM generally uses Portland type I cement as the bond material. Cement is a widely used but is not quite an environment protection material, and on the other hand, its continuous hydrated reaction property would cause not easy to control its final strength. It may thus increase the difficulty of future excavation, and then is not coincide with the original purpose of CLSM. In the present study, a newly developed material, namely Geopolymer, is used to replace Portland cement in the CLSM, and mixed with coarse and fine aggregates. The test cylinders were made with high workability. The formula gived the lower average values of compression strength for 28 days and 12 hours was chosen to testify its slump, rate of length change, as well as time of setting. The preliminary result shown that Geopolymer with appropriate formula would fulfill the requirements of CLSM for early setting, low strength, and low rate of volume. ii

4 誌謝 承蒙恩師吳傳威教授在學生就讀研究所的兩年時間內, 細心的指導與教誨 使得學生在研究所的課業上及論文寫作方面, 均受益匪淺 以致於本論文可以順利完成, 在此謹致上最崇高的敬意及由衷的感謝 在論文研究的相關實驗過程中, 更仰賴博士班方禎璋學長與國立台北科技大學材資所所長鄭大偉教授的傾囊相授, 並給予學生許多的專業協助與研究方向, 使得本論文可以更形完備, 學生當以深表感謝 口試期間得到鄭大偉教授與蕭興臺教授的細心教導, 給予正確的指正並提供諸多寶貴的意見, 使我獲益良多, 讓整體論文更加嚴謹與豐富, 在此獻上最誠摯的敬意 還要感謝同窗好友的幫忙與協助, 以及學弟們在混凝土拌合實驗中, 無怨無悔的付出與幫助, 使得論文所有試驗可以圓滿的完成, 並得到相當寶貴的成果 特別感謝台灣檢驗科技股份有限公司材料暨工程實驗室 - 台北全力的支援, 讓我可以使用其實驗室內所有儀器設備來完成本論文相關試驗 最後, 我還要感謝我的父母, 因為有你們的支持, 我才能克服困難完成學業 僅將這本論文獻給我最敬愛的家人 朋友 同學以及台北科技大學全體師生 iii

5 目錄 中文摘要...i 英文摘要...ii 誌謝...iii 目錄...iv 表目錄...vi 圖目錄...viii 第一章緒論 前言 研究動機與目的 研究方法與內容...3 第二章文獻回顧 CLSM 無機聚合物材料 CLSM 抗壓強度測試...7 第三章實驗計畫 試驗規範 試體規劃 抗壓強度試體規劃及計算 長度變化率試體規劃及計算 凝結時間試體規劃及計算 試驗材料 無機聚合物材料 氫氧化鈉水溶液 標準砂 卜特蘭 I 型水泥 混凝土粗細粒料 試驗設備 試驗機 磅秤 長度變化量測儀與標準棒 試體模具 混凝土試拌設備 墁料之機械拌合機 流動性台及流度尺 水平儀 ( 水準氣泡 ) 養護池 濕養櫃 恆溫恆濕機 試驗程序...42 iv

6 3.5.1 砂漿墁料拌合 流度及抗壓試驗 砂漿試體長度變化試驗 混凝土拌合程序 混凝土坍度試驗 混凝土初凝試驗 CLSM 圓柱抗壓試驗 混凝土圓柱抗壓試驗...59 第四章 試驗分析與結果 砂漿試驗 卜特蘭 I 型水泥砂漿抗壓強度 無機聚合物材料與飛灰取代部分水泥 無機聚合物材料取代全部水泥 卜特蘭 I 型水泥砂漿長度變化試驗 無機聚合物砂漿長度變化試驗 CLSM 試驗 實驗室配比設計混凝土坍度與圓柱試體抗壓強度 無機聚合物 CLSM 坍度與圓柱試體抗壓強度 無機聚合物 CLSM 圓柱試體抗壓破壞模式 實驗室混凝土初凝時間 無機聚合物 CLSM 初凝時間 無機聚合物 CLSM 經濟性分析...75 第五章 結論與建議 結論 建議...78 參考文獻...80 v

7 表目錄 表 3.1 高嶺石主要化學成分...17 表 3.2 A 玻璃與 E 玻璃物理性質...21 表 3.3 A 玻璃與 E 玻璃化學組成...21 表 3.4 玻璃粉之化學組成...21 表 3.5 標準砂粒徑分佈...23 表 3.6 粗細骨材物理性質與配比...25 表 3.7 絕對體積法計算...26 表 3.8 計算混凝土各材料試樣重...26 表 3.9 現況粗細骨材含水量...27 表 3.10 現況混凝土配比各材料試樣重...27 表 3.11 試體模具對照表...33 表 3.12 卜特蘭水泥各項拌和材料重...43 表 3.13 試驗齡期容許差...48 表 4.1 卜特蘭 I 型水泥砂漿配比與抗壓強度試驗結果...60 表 4.2 水泥與無機聚合物材料砂漿拌合配比...61 表 4.3 水泥與無機聚合物材料砂漿強度試驗結果...61 表 4.4 無機聚合物材料砂漿拌合配比...62 表 4.5 無機聚合物材料砂漿強度試驗結果...63 表 4.6 卜特蘭 I 型水泥砂漿配比...65 表 4.7 卜特蘭 I 型水泥長度變化試驗結果...66 表 4.8 無機聚合物材料砂漿長度變化試驗拌合配比...66 表 4.9 無機聚合物材料砂漿長度變化試驗結果...67 表 4.10 非制式材料產製 CLSM 之性質要求規定...68 表 4.11 實驗室設計混凝土配比...68 表 4.12 實驗室混凝土試驗結果...69 表 4.13 無機聚合物 CLSM 拌合配比...70 vi

8 表 4.14 無機聚合物 CLSM 試驗結果...71 表 4.15 無機聚合物與一般混凝土經濟性評估...76 表 5.1 粗細骨材含水量詳細表...78 vii

9 圖目錄 圖 1.1 管溝回填路面... 2 圖 3.1 試驗規劃流程圖... 9 圖 3.2 砂漿墁料方塊試體抗壓試驗情形...11 圖 3.3 混凝土圓柱試體抗壓試驗情形...12 圖 3.4 砂漿長度變化試驗長方柱量測情形...13 圖 3.5 砂漿長度變化試驗標準桿量測情形...14 圖 3.6 水玻璃試藥...16 圖 3.7 變高嶺石粒徑分佈圖...18 圖 3.8 變高嶺石試藥...18 圖 3.9 玻璃粉試藥...19 圖 3.10 玻璃粉粒徑分佈圖...20 圖 3.11 玻璃粉粒徑分佈...20 圖 3.12 氫氧化鈉試藥...22 圖 3.13 磁石電動攪拌圖示...22 圖 3.14 袋裝標準砂...23 圖 3.15 袋裝品牌水泥...24 圖 3.16 砂漿墁料抗壓設備...28 圖 3.17 CLSM 圓柱試體抗壓設備...29 圖 3.18 萬能試驗機資料輸出設備...29 圖 噸抗壓機...30 圖 噸萬能試驗機...30 圖 kg 磅秤...31 圖 kg 磅秤...32 圖 3.23 長度變化量測儀及標準棒...32 圖 3.24 圓柱試體模...33 圖 3.25 方塊試體模...34 viii

10 圖 3.26 長度變化試體模...34 圖 3.27 凝結時間試體模...35 圖 3.28 水平雙軸拌合機...36 圖 3.29 坍度錐...36 圖 3.30 #4 篩網...37 圖 3.31 機械拌合機...38 圖 3.32 流動性台...38 圖 3.33 流度尺...39 圖 3.34 流度台設定跌落 25 次設定器...39 圖 3.35 水準氣泡...40 圖 3.36 養護池與溫度控制器...40 圖 3.37 濕養櫃...41 圖 3.38 恆溫恆濕機...41 圖 3.39 各項拌和材料之準備...43 圖 3.40 拌合機拌合砂漿墁料...44 圖 3.41 砂漿墁料流動性試驗...45 圖 3.42 樁搗之順序...46 圖 3.43 試體置於恒溫恒濕櫃中養護情形...47 圖 3.44 試體置於養護池中養護情形...47 圖 3.45 試體抗壓試驗破壞情形...49 圖 3.46 長度變化試驗製模情形...50 圖 3.47 混凝土坍度製模情形...52 圖 3.48 量測混凝土坍度情形...53 圖 3.49 濕篩法篩分砂漿...54 圖 3.50 初凝試驗貫入情形...55 圖 3.51 初凝試驗完成貫入針貫入程序之試樣...56 圖 3.52 試體於蓋平前達氣乾狀態...57 圖 3.53 圓柱試體蓋平情形...57 圖 3.54 圓柱試體抗壓試驗直至破壞情形...58 ix

11 圖 3.55 圓柱試體破壞模式...59 圖 4.1 第 1~6 組 28 天齡期抗壓強度圖示...62 圖 4.2 第 7~16 組 12 小時齡期抗壓強度圖示...64 圖 4.3 第 7~16 組 28 天齡期抗壓強度圖示...64 圖 4.4 無機聚合物材料砂漿抗壓強度與齡期關係...65 圖 4.5 參考與試驗組長度變化試驗結果圖示...67 圖 4.6 控制組各齡期抗壓強度試驗結果圖示...69 圖 4.7 坍度試驗結果值圖示...71 圖 4.8 第 A1~A5 組 12 小時齡期抗壓強度圖示...72 圖 4.9 第 A1~A5 組 28 天齡期抗壓強度圖示...72 圖 4.10 CLSM 圓柱試體破壞模式 C...73 圖 4.11 CLSM 圓柱試體破壞模式 D...74 圖 4.12 實驗室混凝土控制組初凝時間試驗結果...74 圖 4.13 無機聚合物 CLSM 初凝時間試驗結果...75 x

12 第一章 緒論 1.1 前言 隨著現代化的都市發展, 道路的下方除交通運輸捷運及鐵路的地下化與污水下水道區域排水等公共設施興建外, 更須設有提供民生電力 自來水 瓦斯及雨污水等管線埋設的共同管道空間 另配合 E 化時代的來臨, 中華電信 台灣固網等通信網路單位與區域有線電視公司, 亦將傳統或光纖電纜埋設於道路的下面, 這使得既有道路地下管線變的更加錯綜複雜 在上述地下工程管線設置完成後, 往往因無適當的回填材料 施工時間短暫或回填夯實品質不易控制等諸多原因, 導致日後道路雖在正常使用狀況下仍容易損壞, 並引起道路的不均勻沉陷 孔洞產生和龜裂等問題, 造成路面永遠難以保持其平坦, 須經常修補的結果形成國家資源的浪費 探究其問題的癥結, 乃基於以往的管線挖掘工程, 均使用土壤或砂石級配料來進行回填, 回填過程中更有密布的管線阻礙施工, 且管溝寬度經常不足, 回填後無法比照道路新建工程規範, 確實採取分層夯實的步驟 實務上往往在回填完土壤或砂石級配料後, 僅於其上進行簡易的表面滾壓, 導致較深的級配粒料底層, 組成依空洞鬆散, 尤其是在埋設管線的正下方至開挖管溝底面之間 開放通行後的道路, 因此容易發生下陷及不平整的情形, 如圖 1.1 所示 而使用了不適當的回填材料 ( 例如混凝土材料 ), 對於完成埋設的管線日後維修或養護工作, 大幅增加了施工的困難度 高額的打除費用以及擾民的工程噪音 始終在打除或重舖施工中的都市道路, 造成民眾用路時的困擾或交通意外的頻繁發生, 更引發民眾對於施工單位的埋怨與輿論對土木工程不佳的觀感 1

13 圖 1.1 管溝回填路面 1.2 研究動機與目的 國內目前使用的控制性低強度材料 (Controlled Low Strength Material, 以下簡稱 CLSM), 多半採用符合 CNS 61 或 ASTM C150 規範的卜特蘭 I 型水泥, 添加波索嵐材料 ( 爐石或飛灰 ) 早強劑 輸氣劑或其他摻料, 然後與粗細級配料及水拌合而成 CLSM 但此種材料因水化反應不斷持續進行, 導致強度會隨著齡期的增加而逐漸變強, 在為符合初期早期強度條件的前提下, 難以達成工程上 75 天齡期強度低於 90kg/cm 2 的理想 根據相關研究資料及文獻中得知, 無機聚合物材料與水泥類的膠結材料相較之下, 除擁有較環保的優點外, 還具有早強的優勢 ( 丘俊萍 10, 利用高爐爐渣製成無機聚合材料之研究, 碩士學位論文,P125) 此極有可能為此材料後期強度增加較為遲緩所導致, 故本論文針對此一特性, 規劃並進行ㄧ連串的實驗, 以確認無機聚合物材料可替代水泥當成膠結材料, 作為提供 CLSM 凝聚及強度的主要來源的合適性 2

14 1.3 研究方法與內容 CLSM 為因應實務上的需求, 在具有高流動性 不經搗實即充滿構造物各角隅的前提下, 早期強度須達到回填於管溝或構造物後, 足以承受並傳遞外加載重不致產生過大變形而導致沉陷或管溝破裂, 後期強度亦又能控制在低強度的範圍裏 ( 不超過 84kg/cm 2 ), 便於日後維修或保養工程的施作, 最好又能兼顧經濟性與生態性 本研究使用無機聚合物材料來代替卜特蘭 I 型水泥, 製作控制性低強度混凝土材料 (CLSM) 主要針對 CLSM 相關試驗規範 研究文獻或機關規定之要求條件, 測試其坍度 抗壓強度 長度變化率 初凝時間等物理性試驗項目, 來驗證無機聚合物材料應用在 CLSM 方面的實用性 因本論文的重點是以無機聚合物材料作為 CLSM 的黏結材, 提供 CLSM 凝聚力, 使其具有強度, 所以無機聚合物材料配比為本研究之變數 為簡化實驗流程並縮短研究時間, 故本研究參考水泥的國家標準 CNS 61 卜特蘭水泥 等規範相關規定, 將無機聚合物黏結材料以 1:1 的重量比, 取代等量的水泥量, 進行無機聚合物砂漿墁料各項物理性試驗, 嘗試獲得合乎 CLSM 強度要求的用水量, 得到所需的結果數據 以砂漿墁料實驗得到的成果進行分析, 參考其結果進一步地規劃 CLSM 試拌時的配比, 藉由改變拌合水量來取得理想且合適的混凝土坍度 初凝時間及抗壓強度等物理性質, 並根據 ASTM D4832 Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders 等規範規定之試驗方法, 測試其無機聚合物當黏結材料製成的 CLSM, 足以符合工程實務上的設計要求, 評估無機聚合物材料應用在控制性低強度材料 (CLSM) 這方面的可行性 3

15 第二章 文獻回顧 2.1 CLSM CLSM 在國外已被使用有超過十年之久, 並累積相當多的工程案例與具體效益 反觀國內, 台灣營建研究院於民國 86 年起引入此一材料, 進行以一般混凝土原物料之配比與應用研究, 謀求解決傳統管溝回填工程的夯實不易造成不均勻沈陷的困擾 截至今日, 仍存在著因混凝土材料後期強度偏高, 造成自主品管與驗收等相關問題 CLSM 是由土壤 卜特蘭水泥等添加物和足夠的的水結合, 而混合成的一種濃稠液體 以這個形式, 容易地流入開孔並充滿空隙, 提供一個強度比未處理用於拌合使用的土壤更大的硬固材料 一些類水泥的材料, 如飛灰或爐石成功的代替部分水泥被使用在這 CLSM 中 ㄧ般而言, CLSM 中通常包含大約百分之 5 到 10 的水泥量 雖然 CLSM 或其他相似的材料原本的用途為管道埋設, 但目前已經也被用作管溝和結構物的回填使用上 CLSM 不同於混凝土漿液的最大優勢之一, 是可以使用現地土壤來製造 不同於潔淨混凝土漿料, 對於使用土讓材料的 CLSM 來說, 可以包含到上限大約 20~25% 的無塑性或者輕微塑性的細料 潔淨的混凝土用砂被 CLSM 採用, 因為細料的存在能幫助保持在懸浮過程中的砂依顆粒大小排列, 這允許其混合物更容易流動, 砂顆粒般的土壤填充大粒徑骨材的空隙, 並且幫助防止粒料析離 依據美國混凝土協會 (America Concrete Institute, ACI) 的定義, 控制性低強度材料 (CLSM) 為一種具備自我充填功用而強度較低的新材料, 其定義相當廣泛, 舉凡可流動性的回填料 低收縮性的可控制式低密度回填料 可流動性漿體 可塑性之泥土水泥質材料 泥土水泥質泥漿等, 皆可為廣義之 CLSM CLSM 若以混凝土觀點來看, 一般被定義為一種 28 天抗壓強度不超過 1200 psi( 約 84 kg/cm 2 ), 以膠結料 水 砂 石 波索藍材料以及特殊摻料等等, 透過配比設計的技術, 使之有利於將來以人工或機具方式, 較容易地再開挖已使 4

16 用 CLSM 回填處的超低強度水泥質材料, 其組成材料與混凝土極為類似, 但對於組成材料的要求, 卻無製造混凝土材料般的嚴格規定 就使用之膠結料來說, 能提供 CLSM 凝聚性使其具有強度的來源, 目前最好的選擇是使用符合 ASTM C150 或 CNS 61 規範規定之卜特蘭 I 型水泥, 但其他材料如地盤改良所使用的固化劑也是可以接受 添加飛灰 爐石等波索藍材料, 是為了改善其流動性 降低泌水, 壓低成本等目的的方法, 此有異於一般混凝土中, 添加爐石 飛灰, 為求增加晚期強度 減少收縮量以或降低水化熱等其他功能 CLSM 依製造場地的差異, 可分為由中央拌合廠生產預拌混凝土經由預拌車輸送至工地現場, 以及利用便攜式拌合設備於現場與自管溝挖掘出來的棄土拌合使用兩種形式 ( 國內主要是屬於前者 ) 拌合廠生產之 CLSM 與一般混凝土的生產程序, 並無明顯的差異, 而現場棄土生產 CLSM 的方法, 一般使用現場挖掘出來之剩餘土石方, 就地進行拌合生產 對於 CLSM 使用的骨材來說,Crouch 以一般混凝土所不能使用之石灰石配合超高細度的砂, 製造而成 CLSM;Todd 以回收經處理的玻璃為骨材, 用以製作 CLSM 材料 ;Gilbert 更直接應用現場剩餘土石方用以做為 CLSM 原始材料的開發等, 皆獲得成功的結果 上述經驗意味著再生骨材 剩餘土石方以及回收的玻璃, 皆可為 CLSM 配比中的理想原始骨材, 兼具減廢與資源再利用功效 至於化學摻料應用於 CLSM 材料中, 主要有輸氣劑以及早強劑等兩類化學摻料 輸氣劑於 CLSM 配比中, 扮演減輕單位重 改善流動性 增加漿體間孔隙而降低強度等功能, 使 CLSM 具有良好的自我充填性能, 對結構體不致產生太大的擠壓現象並便於日後的再開挖 而早強劑的使用則是為了 CLSM 有較迅速的凝結效果, 提供較快速施工的緣故 一般混凝土中, 透過減水劑與強塑劑的添加, 使漿體所需的良好工作性 在 CLSM 裡, 流動性的獲得, 乃是由於高水灰比 高氣含量的鬆散漿體結構, 與一般混凝土使用化學摻料使之具備高流動性的方式又是不同的思維 此外,CLSM 中一般會摻加氯化鈣 (CaCl 2 ) 早強劑或是早強水泥等材料, 用作使其於短時間內達到初凝的催化角色, 以達到儘早硬固提早進行後續工項之目的 5

17 2.2 無機聚合物材料 無機聚合物 (Geopolymer) 是近年來所創新研發的一種無機的非金屬類材料, 主要是由矽 鋁在鹼性溶液中相互鍵結而成的封閉架狀結構, 其性質與組成幾乎與天然沸石 ( 鋁矽酸鈉 ) 或長石等礦物相同 西元 1978 年時法國科學家 Joseph Davidovits, 以水熱合成法將鋁矽酸鹽礦物製成類似天然沸石的礦物, 此後利用類似原理及方法產出有別於卜特蘭水泥的黏性礦物, 被命名為 無機聚合物 無機聚合物主要由含矽 鋁之原料 鹼金屬溶液 (KOH 或 NaOH) 與鹼金屬矽酸鹽溶液 ( 本論文使用矽酸鈉溶液 ) 等材料混合製成 由於高嶺石中富含矽 鋁元素, 在高鹼性的環境中, 於高嶺石礦物表面會析出 Si Al 離子, 加入矽酸鈉溶液, 開始產生凝結反應, 經由乾燥脫水作用後, 即可硬化形成具有架狀結構之聚合物 無機聚合物材料因具有強度 耐久性 抗腐蝕 抗熱震及絕緣性佳等特性, 近年來被研究來可應用於土木或建築工程實務上 其中的主要原料 - 高嶺石, 經由高溫焙燒形成之變高嶺石 ( 本論文設定溫度為 650 C 三小時持溫狀態下 ), 於鹼性溶液中, 較高嶺石更易析出 Si Al 離子, 故高嶺石中表面析出 Si Al 離子的多寡及膠體鍵結的形式 鹼性溶液的種類 鹼性溶液 ph 值及濃度 高嶺石之焙燒溫度與持溫時間, 皆會影響無機聚合物之最終性質 此外,SiO 2 /M 2 O 莫耳比 養護溫度與養護時間也會影響無機聚合物之性質 本研究主要使用變高嶺石, 混合水玻璃 玻璃粉及氫氧化鈉水溶液製成無機聚合物材料, 取代卜特蘭 I 型水泥當成混凝土之黏結材料來進行試驗, 探討具一定高流動工作性 ( 坍度 ) 之無機聚合物材料, 其抗壓強度及凝結時間等性質, 是否符合 CLSM 工程實務上的需求 6

18 2.3 CLSM 抗壓強度測試 CLSM 抗壓強度試驗的標準 -ASTM D4832 Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders, 被發展來提供一個可接受 一致性的方法來準備和測試 CLSM 圓柱試體 因為這種低強度的圓柱試體比一般混凝土的圓柱試體脆弱, 此標準提供一種基於很多反覆試驗 可被實行的測試方法 CLSM 抗壓強度實驗規定之試體尺寸為 15 x 30cm 的塑性圓柱試體, 這是規範基於經濟性的考量建議的 不必基於粒徑大小來選擇合適的圓柱試體模具尺寸, 這點是與一般混凝土圓柱抗壓強度試驗方法有所差異的部份 ASTM D4832 規範附錄中建議, 製作 CSLM 圓柱試體時, 用水量需足夠使混合物有必要的流動特性, 使試體不需要振動搗實即可充滿模內 測試最短的試驗齡期為 7 天抗壓強度 因為在 3 天龄期內的圓柱試體可能尚不具有足夠的強度, 保持完整地被運送然後進行測試 另外,3 天齡期抗壓強度試驗的結果, 其值可能會有非常怪異或不穩定的現象發生 但為了 CLSM 實際應用於道路施工的回填, 儘快地恢復既有道路的全線通車是必須的, 故在本論文裡規劃的抗壓強度除 28 天齡期試驗外, 忽略規範的建議, 仍納入 12 小時抗壓強度試驗項目 值得注意的, 對於沒包含很多細粒料的土石料圓柱試體被發現到, 因其混合物發生迅速的泌水狀況, 以至於孔隙在圓柱試體上方形成, 使得硬固試體呈現不均值的現象 舉管溝工程的施工埋設為例,CLSM 的使用被用來填滿在埋管和被挖掘土壤裸露面之間, 圓的管溝底部形狀是有利的 因為它減少挖掘量, 因此降低處理土方量 CLSM 解決其他回填料難以在埋管與管溝底部間成形的問題, 在管溝底部形成一個合適管的托架 CLSM 確實地均勻的對埋管提供支撐,CLSM 的佈設時間比分層壓實的土壤要快得多, 而且 CLSM 可以和埋管更緊密地結合的狀態, 可以讓潛在的外力或變形造成對埋管的損害被消除, 也比噴漿淹蓋或振動夯實粒狀底層材料的方法迅速可靠 在居住區域或街道上, 施工迅速這是一個極度明確有別於其他材料的強大優勢 7

19 第三章 實驗計畫 3.1 試驗規劃 本論文主要是探討使用無機聚合物材料 (Geopolymer), 利用其早強的特性, 來取代現今業界生產控制性低強度材料 (CLSM), 普遍使用的黏結料 - 卜特蘭 I 型水泥的可行性 因此, 參考土木工程業界普遍使用的水泥砂漿墁料及混凝土ㄧ般物理性試驗規範, 分階段製作無機聚合物的砂漿墁料及 CLSM 試體, 進行各項實驗測其物理性質 例如砂漿墁料流度 長度變化率與方塊試體抗壓, 以及 CLSM 坍度 凝結時間和圓柱抗壓強度等試驗 研究中規劃的各種試驗, 主要變數為 - 無機聚合物材料配比 為瞭解無機聚合物材料應用在 CLSM 中, 足以提供骨材黏结的用量多寡 本論文在製作 CLSM 之前, 第一階段先設計一連串黏結材料的砂漿墁料配比, 製作各項無機聚合物砂漿試體, 來確認用來取代水泥的無機聚合物材料, 運用在黏結材料上的凝聚力效果與使用量的關係 經由砂漿墁料的各齡期試體方塊抗壓強度 長度變化率及流度試驗等項目的測試, 來取得規劃無機聚合物 CLSM 配比的重要參考依據 根據上述砂漿墁料各項試驗成果, 初步擬定無機聚合物 CLSM 各項材料配比, 然後進行第二階段 CLSM 試拌, 執行各齡期圓柱試體抗壓強度 初凝時間及坍度等實驗, 直到規劃配比之試驗成果合乎設計之各項要求為止 為符合 CLSM 相關研究 政府機關規定或規範的要求, 本論文藉由材料實驗的手段獲得數據並加以分析, 尋求適當的無機聚合物材料配比, 並將結果進一步評估其取代卜特蘭水泥當做 CLSM 黏結材料是否合宜, 然後將分析評估的結果歸納整理成結論與建議 研究有關上述之試驗規劃流程, 如圖 3.1 所示 8

20 結果不符合要求結果不符合要求研究動機與目的 文獻的蒐集與探討 試驗規劃與材料準備 砂漿材料配比選定 砂漿試體製作 養護 試驗 試驗結果評估與探討 混凝土材料配比選定 混凝土試驗與評估 結論與建議 圖 3.1 試驗規劃流程圖 9

21 3.2 試體規劃 本論文規劃有砂漿墁料方塊抗壓試體 (50x50x50mm) 砂漿墁料長度變化長方柱試體 (285x25x25mm) 混凝土圓柱抗壓試體(12x24cm) 混凝土圓柱抗壓試體(15 x30cm) 及混凝土凝結時間漿料試體 (25x25x16cm) 等, 共計五種不同形狀及尺寸的試體 抗壓強度試體規劃及計算 本試驗主要研究使用不同配比之無機聚合物當黏結材料之抗壓行為, 規劃分成砂漿墁料方塊試體及圓柱試體兩種 砂漿墁料方塊試體, 係參照 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 規範製作 5cm 立方砂漿試體, 如圖 3.2 所示 圓柱試體則參照 CNS 1230 混凝土試體在試驗室模製及養護法 之規定, 製作 12cm 直徑高度 24cm 或 15cm 直徑高度 30cm 此兩種尺寸的圓柱試體, 如圖 3.3 所示 每種試體之單一齡期為一組, 每組製作三顆試體, 依規範規定至少取 2 顆以上試體實驗結果取其平均值, 當作該齡期方塊或圓柱試體之抗壓強度 因 CLSM 的低強度需求, 容易導致試體在拆模或養護的過程中受到損壞, 故在執行抗壓試驗前, 參照 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 或 ASTM D4832 Standard Test Method for Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders 相關規定, 先依目視方式將表面不平整或有缺陷 缺角的試體捨棄, 而遇不良試體及重試規定如下 : 1 在測定抗壓強度時, 試樣外觀如有明顯缺失, 或強度試驗之結果與同時檢驗同一試料 同一試齡之所有試體之平均值相差超過百分之十者, 均不應計算在內 2 在捨棄試體或不計抗壓強度數值後, 所餘可以採用任何指定試齡之抗壓強度數值已不足兩個時, 應予重試 為得到正確之抗壓強度, 應小心遵守下列各項規定, 如試體在試驗前, 放置不當未能對準承力板中心, 導致歪斜破裂, 或試驗機加載重時, 承力板 施力板 10

22 之一發生橫向移動等, 均將使強度值受到影響而降低 方塊試體抗壓強度之計算, 依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗 法 之規定, 紀錄試驗機上之最大荷重 若試樣之剖面積與 2500cm 2 相差 37.5mm 2 以上時, 以實際面積來除以最大荷重, 而計算出抗壓強度 (kgf/cm 2 ), 否則截面積 以 2500cm 2 來計算 方塊試體抗壓試驗中, 每ㄧ齡期之數個抗壓強度結果取平均, 即為該齡期之 抗壓強度平均值 本論文共規劃有 24 小時 3 天 7 天及 28 天等四種齡期之方 塊試體抗壓強度試驗 圖 3.2 砂漿墁料方塊試體抗壓試驗情形 圓柱試體抗壓強度之計算, 依據 CNS 1232 混凝土圓柱試體抗壓強度檢驗法 或 ASTM D4832 Standard Test Method for Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders 相關規定, 於試體破壞後將載重過程中所得之最大荷重加以記錄, 並依下述公式計算 P C = (3.1) πd 2 4 式中 :C= 抗壓強度 (kgf/cm 2 ), 記錄至整數位 D=CLSM 圓柱試體之標稱直徑 (cm), 或混凝土圓柱試體之兩次值淨量測平均值 11

23 P= 最大荷重 (kgf), 記錄至整數位 圓柱試體抗壓試驗中, 同ㄧ齡期之抗壓強度結果取平均, 即為該齡期之抗壓強度平均值, 圓柱試體抗壓試驗另須依規範紀錄各試體之破壞情形 本論文規劃有 24 小時 3 天 7 天及 28 天等四種圓柱試體抗壓強度齡期 圖 3.3 混凝土圓柱試體抗壓試驗情形 長度變化率試體規劃及計算 依據 CNS 硬固水泥砂漿及混凝土長度變化試驗法, 製作長 x 寬 x 高尺寸為 285x25x25mm 之長方柱砂漿試體, 以供長度變化量測試驗所需之樣品 本研究規劃製作卜特蘭 I 型水泥及無機聚合物砂漿墁料長度變化試驗試體各一組 ( 三個試體 ), 以確認無機聚合物取代水泥當作黏結材料其硬固後乾縮量對混合物的影響大小, 並跟卜特蘭 I 型水泥製作之參考組試體試驗結果做比較 長度比較測微器之讀值 : 將試體夾上長度比較測微器後讀其讀值, 如圖 3.4 所示, 然後將參考桿夾上亦讀其讀值後如圖 3.5 所示, 計算此兩讀值之差 長度變化試驗依下列公式計算任一齡期試體之長度變化率 12

24 ΔL X = L X L G i 100 (3.2) 式內, Lx: 試體於第 X 齡期之長度變化率 (%) Lx: 試體於第 X 齡期之長度比較測微器之讀值減去同齡期參考桿之比較測微器讀值 (mm) Li: 試體之初始長度比較測微器讀值減去同一時間參考桿之比較測微器讀值 (mm) G: 標稱之有效標距 250mm 計算每一試體之長度變化率值準確至 0.001%, 而三個試體試驗結果取平均值之計算則須準確至 0.01% 圖 3.4 砂漿長度變化試驗長方柱量測情形 13

25 圖 3.5 砂漿長度變化試驗標準桿量測情形 凝結時間試體規劃及計算 依據 CNS 混凝土凝結時間試驗法 或 ASTM C403/C403M Standard Specification for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance 相關規定, 製作長 x 寬 x 高之尺寸為 25x25x16cm 之混凝土漿料試體, 以供混凝土凝結時間試驗所需之樣品 CLSM 雖然有低強度之需求, 但凝結時間亦不宜太長, 以免造成管線埋設施工或結構物回填完成後, 恢復交通或後續作業的時程拉長, 不符合實務上的需求 故本論文規劃此一試驗, 將實驗室設計混凝土與無機聚合物 CLSM 各試驗一組試體, 將結果值進行比較與分析, 並進一步確認相關文獻提及無機聚合物材料的早強特性 特定時間之貫入阻抗計算公式如下 14

26 B A = (3.3) C 式中 : A= 貫入阻抗 (lbf/in 2 ) B= 特定時間量測之貫入力量 (lbf) C= 貫入針之貫入面積 (in 2 ) 各時間之量測貫入阻抗值分別計算出後, 繪製貫入阻抗對時間關係的座標 圖, 橫座標表示為經過時間, 縱座標表示為貫入阻抗值 依計算出的數據繪製各 測試時間與相對應之貫入阻抗數據座標圖, 根據測試時間與貫入阻抗所標示出的 若干點, 用適當的電腦輔助軟體, 繪出最契合之圓滑曲線 ( 本論文採用 Excel 繪出 此契合曲線 ), 求出貫入阻抗值為 500psi 時, 該曲線所對應到的經過時間, 此即 為初凝時間 15

27 3.3 試驗材料 本研究試驗相關材料分為, 無機聚合物材料 氫氧化鈉水溶液 標準砂 卜 特蘭 I 型水泥及混凝土粗細骨材等五大項 無機聚合物材料 本實驗的無機聚合材料是由矽酸鈉溶液 ( 水玻璃 ) 變高嶺石及玻璃粉三種材料所組成 矽酸鈉溶液 ( 水玻璃 ): 變高嶺石 : 玻璃粉依其重量比 2:3:3 之比例拌合而成, 即為本研究之黏結材料 矽酸鈉溶液矽酸鈉溶液 ( 俗稱 : 水玻璃 ) 為一黏狀無色至稍著色之液體, 本研究使用比重為 1.53, 其成份中二氧化矽含量為 29%, 氧化鈉含量為 9.1%, 二氧化矽和氧化鈉之莫耳比為 3.2:1, 含水率為 22.9% 之水玻璃藥劑, 如圖 3.6 所示 依據 CNS 2238 矽酸鈉 規範之分類, 為 3 號矽酸鈉 本論文向第一化工購買 30kg 矽酸鈉溶液, 費用為新台幣 750 元整 圖 3.6 水玻璃試藥 16

28 變高嶺石高嶺石為一矽氧四面體層與一鋁氧八面體層所組成之鋁矽酸鹽礦物, 經由風化作用所形成的, 顆粒非常細小, 以雷射粒度分析儀測定之粒徑分佈範圍約在 0.8~17.1μm 之間,D50 約為 4.2μm 高嶺石主要成份為 SiO 2 及 Al 2 O 3, 化學成份分析結果如表 3.1 所示 表 3.1 高嶺石主要化學成分 成份 Wt (%) SiO Al 2 O Fe 2 O CaO 0.79 K 2 O 0.32 Ig.Loss Total 高嶺石在 500~700 C 之間熱活化處理時會使內部產生脫水作用, 導致高嶺石轉變為半晶質或非晶質之變高嶺石, 可提高其反應性, 為一白色泛黃之輕質細顆粒粉末, 其粒徑分布情形如圖 3.7 所示 本論文向第一化工購買 25kg 矽酸鈉溶液, 費用為新台幣 1000 元整 17

29 圖 3.7 變高嶺石粒徑分佈圖 因高嶺石中的氫氧鍵被打斷, 所得之變高嶺石製成無機聚合樹脂有較佳性質, 形成具更高強度的無機聚合物 而當焙燒溫度超過 750 C 時, 其分子結構破壞, 反降低抗壓強度 變高嶺石在鹼性溶液中可析出較多的 Si Al 離子, 無機聚合樹脂之抗壓強度與 Si Al 離子溶出量呈正比 而由相關文獻得知, 焙燒溫度設定為 650 C 持溫三小時形成之變高嶺石, 可得到最多 Si Al 離子溶出 因此本實驗使用之變高嶺石是將高嶺石置於高溫爐中, 以 650 C 持溫三小時燒製而成, 如圖 3.8 所示 圖 3.8 變高嶺石試藥 18

30 玻璃粉本實驗使用之玻璃粉其主要成份為 CaO-Al 2 O 3 -SiO 2, 為白色細微粉末, 如圖 3.9 玻璃粉試藥所示 本論文向第一化工購買 25kg 玻璃粉, 費用為新台幣 3250 元整 圖 3.9 玻璃粉試藥 此玻璃粉無方向性或收縮性, 且流動性好, 化學安定性高 耐候 耐久及絕緣性高, 耐高溫且無吸油量, 經濟又環保 比重為 2.6, 硬度為 660(DPH300g), 熔點 840 C, 外觀為潔白粉末 粒徑大小之分佈範圍, 如圖 3.10 與圖 3.11 所示 D50 約為 77.96μm, 比熱為 0.2, 熱傳導率為 0.89, 該玻璃粉中包含 A 玻璃 (High Alkali) 以及 E 玻璃 (Electrical), 其物理性質如表 3.2 所示, 而化學組成如表 3.3 及表 3.4 所示 19

31 圖 3.10 玻璃粉粒徑分佈圖 圖 3.11 玻璃粉粒徑分佈 20

32 表 3.2 A 玻璃與 E 玻璃物理性質 項目 比重 曲折率 (nd) 硬度 軟化溫度 ( ) 膨脹係數 (αx10 7 / ) 熱傳導率 (Kcal/mh ) 比熱 (Kcal/kg ) A-glass E-glass 表 3.3 A 玻璃與 E 玻璃化學組成 項目 SiO 2 Al 2 O 3 B 2 O 3 Fe 2 O 3 Na 2 O K 2 O MgO CaO 合計 A-glass E-glass 表 3.4 玻璃粉之化學組成 成份 Wt% SiO Al 2 O Na 2 O 0.39 K2O 0.05 MgO 1.78 CaO Ti O CaO B 2 O As 2 O ZnO 0.01 BaO 0.02 Total

33 3.3.2 氫氧化鈉水溶液 氫氧化鈉溶液的調配方式為, 將乾燥新鮮之氫氧化鈉固體顆粒, 純度為 99.3% 比重 2.13 PH 值 14, 如圖 3.12 所示 圖 3.12 氫氧化鈉試藥 秤重 270 克氫氧化鈉固體顆粒置於 2000ml 燒杯內, 加入溫度為 4 之去離 子水 1000ml, 使用電動攪拌機利用磁石攪拌, 如圖 3.13 所示 圖 3.13 磁石電動攪拌圖示 22

34 然後置於 23±3 環境下靜置至少 8 小時冷卻, 因氫氧化鈉會在水溶液中解離出鈉離子和氫氧離子, 因此為鹼性, 並會產生反應熱, 須冷卻至室溫時方可使用 調配成當量濃度為 6.75 比重為 1.23 之氫氧化鈉水溶液 本論文向第一化工購買 25kg 氫氧化鈉, 費用為新台幣 1050 元整 氫氧化鈉水溶液為本論文中無機聚合物材料之 拌合用水 標準砂 標準砂依據 CNS 1010 水硬性水泥縵料抗壓強度檢驗法 規範, 採用美國伊利諾州奧太華 (Ottawa) 所產之天然矽砂, 如圖 3.14 所示 其级配粒徑範圍如表 3.5 所示 圖 3.14 袋裝標準砂 表 3.5 標準砂粒徑分佈 試驗篩孔徑 試驗篩殘餘量 (%) 150μm 98±2 300μm 72±5 425μm 30±5 600μm 2± mm 無 23

35 3.3.4 卜特蘭 I 型水泥 採用市售的新鮮水泥品牌水泥 I 型, 如圖 3.15 所示, 作為參考用控制組水泥砂漿與混凝土試體之黏結材料, 符合 CNS 61 規範規定的卜特蘭 I 型水泥, 當做無機聚合物材料各項相關實驗結果的準參考依據 市售ㄧ包 50kg, 費用為新台幣 180 元整 圖 3.15 袋裝品牌水泥 混凝土粗細粒料 本研究使用實驗室設計 28 天齡期抗壓強度為 280kg/cm 2 之混凝土配比, 所有相關材料 ( 三分石 六分石 台灣砂及大陸砂 ) 皆為自行備料 拌合 澆置 養護及試驗 每次試拌同一種混凝土的量為 0.1m 3, 單一齡期製作三顆試體 本論文規劃同一種配比之混凝土試驗, 拌合一次共製作 6 顆試體, 包含 24 小時及 28 天兩種齡期, 剩餘漿液用於坍度與初凝試驗之用 實驗所使用的粗骨材經過篩分析實驗得知最大粒徑 3/4 吋, 而細骨材的細度模數約 2.94, 如表 3.6 粗細骨材物理性質與配比所示 設計混凝土強度 4000psi(280kgf/cm 2 ) 的水灰比為 0.53, 混凝土除黏結材 ( 無機聚合物及卜特蘭 I 型水泥 ) 外之各項材料資料 ( 粗細骨材物理性質 配比及現況試樣重計算 ) 如表 3.6~3.10 所示 本研究規劃無機聚合物與卜特蘭 I 型水泥 ( 控制組 ) 混凝土兩種實驗, 參考用之控制組使用台灣水泥股份有限公司生產之袋裝新鮮 品牌水泥, 作為本論文研究無機聚合物 CLSM 初凝時間 坍度及抗壓強度各項試驗之重要參考依據 24

36 表 3.6 粗細骨材物理性質與配比 水泥比重 3.15 六分石容積比重 (SSD) 2.7 六分石吸水率 (%) 0.6 三分石容積比重 (SSD) 2.64 三分石吸水率 (%) 0.7 台灣砂容積比重 (SSD) 2.63 台灣砂吸水率 (%) 0.9 大陸砂容積比重 (SSD) 2.58 大陸砂吸水率 (%) 1.4 細骨材細度模數 2.78 決定所需要坍度 (cm) 8.9 粒料標稱最大粒徑 (mm) 25 粗骨材乾搗單位重 (kg/m 3 ) ( 依比例所混合求得之值 ) 1618 拌合水用量 (kg/m 3 )( 查表 ) 193 空氣含量近似值 (%) 1.5 水泥用量 (CNS12283) 307±3(kg/m 3 ) 307 混凝土單位體積之粗粒料體積 0.65 六分石用量百分比 (%) 40 三分石用量百分比 (%) 60 續下頁 25

37 表 3.6( 續 ) 粗細骨材物理性質與配比 台灣砂用量百分比 (%) 50 大陸砂用量百分比 (%) 50 台灣砂體積比 (%) 49 大陸砂體積比 (%) 51 表 3.7 絕對體積法計算 拌合用水體積 (m 3 ) 水泥體積 (m 3 ) 六分石體積 (m 3 ) 三分石體積 (m 3 ) 空氣含量體積 (m 3 ) 細骨材體積 (m 3 ) 表 3.8 計算混凝土各材料試樣重 拌合用水淨重 (kg) 193 水泥淨重 (kg) 307 六分石淨重 S.S.D.(kg) 423 三分石淨重 S.S.D.(kg) 635 台灣砂淨重 S.S.D.(kg) 383 大陸砂淨重 S.S.D.(kg)

38 表 3.9 現況粗細骨材含水量 濕潤重烘乾重粒料含水率 (%) 六分石 三分石 台灣砂 大陸砂 表 3.10 現況混凝土配比各材料試樣重 拌合用水淨重 (kg) 164 水泥淨重 (kg) 307 六分石淨重 ( 濕潤 )(kg) 426 三分石淨重 ( 濕潤 )(kg) 638 台灣砂淨重 ( 濕潤 )(kg) 398 大陸砂淨重 ( 濕潤 )(kg)

39 3.4 試驗設備 本論文使用的儀器設備, 皆為台灣檢驗科技股份有限公司 - 材料暨工程實驗室之營業設備 ( 實驗室為於台北縣五股工業區內 ), 本研究有關砂漿墁料與 CLSM 拌合之各項試驗, 均為該實驗室取得 TAF 認證通過核可之測試項目 學生按照該實驗室認證通過的各項標準作業程序 (SOP), 使用其認證合格的試驗儀器, 來進行本論文之相關實驗 試驗機 30 噸萬能試驗機, 須符合 CNS 9211 壓縮試驗機 之相關規定, 使用範圍為 300kg~30000kg, 準確度為 ±1.0% 誤差內 ( 校正 / 查核週期 :1 年 /1 年 ) 本研究使用此試驗機進行砂漿墁料抗壓試驗及 CLSM 圓柱抗壓試驗, 如圖 3.16~3.18 所示 圖 3.16 砂漿墁料抗壓設備 28

40 圖 3.17 CLSM 圓柱試體抗壓設備 圖 3.18 萬能試驗機資料輸出設備 200 噸萬能試驗機, 須符合 CNS 9211 壓縮試驗機 之相關規定, 使用範圍 2000kg~200000kg, 準確度為 ±1.0% 誤差內 ( 校正 / 查核週期 :1 年 /1 年 ) 本研究使用 此抗壓機進行實驗室設計混凝土之控制組圓柱試體抗壓試驗, 如圖 3.19 所示 29

41 圖 噸抗壓機 10 噸萬能試驗機, 須符合 CNS 9211 壓縮試驗機 之相關規定, 使用範圍 1kg~10000kg, 準確度為 ±1.0% 誤差內 ( 校正 / 查核週期 :1 年 /1 年 ) 本研究使用此試 驗機進行混凝土初凝試驗之貫入針貫入試驗, 試驗機台如圖 3.20 所示 圖 噸萬能試驗機 30

42 3.4.2 磅秤 根據研究規劃之配比, 用以量測各試樣材料重量之用, 依砂漿墁料及混凝土拌合時, 所需材料ㄧ次量測重量之不同, 規劃為兩種不同之磅秤, 以精確秤量實際所需之量 kg 磅秤磅秤 8kg, 精度 0.1g, 使用範圍 1g~8000g, 使用前須用標準砝碼查驗 用以秤量製作砂漿試體的各項材料及調配氫氧化鈉溶液重量 每次使用前須檢查儀器是否水平, 待儀器上水準氣泡落在圓圈記號內時方可使用, 如圖 3.21 所示 圖 kg 磅秤 kg 磅秤 精度 0.01kg, 使用範圍 1kg~100kg, 使用前須用標準砝碼查驗 用以秤量混 凝土試拌合時所需各項材料 ( 水泥 粗細骨材及拌合水等 ) 的重量, 如圖 3.22 所示 31

43 圖 kg 磅秤 長度變化量測儀與標準棒 ㄧ精度為 0.001mm 之電子測微器 ( 每年校正一次 ), 鎖緊固定於長度變化儀 上, 使用時須將上下兩端固定用金屬凹槽擦拭乾淨, 方可使用 標準棒標稱長度. 為 250mm, 須每年查驗ㄧ次 圖 3.23 為將標準棒架設在量測儀上量測並紀錄標準長度之情形 圖 3.23 長度變化量測儀及標準棒 32

44 3.4.4 試體模具 本研究規劃之試體模具, 依據不同試驗法之規定, 共計有四種模具, 整理如 表 3.11 所示 表 3.11 試體模具對照表 模具形狀與尺寸圓柱 : 直徑 12cm 高度 24cm 圓柱 : 直徑 15cm 高度 30cm 立方體 :5x5x5cm 長方柱 :2.5x2.5x29.5cm 長方柱 :25x25x16cm 試驗項目混凝土圓柱試體抗壓試驗 CLSM 圓柱試體抗壓試驗砂漿墁料抗壓試驗長度變化試驗凝結時間試驗 圓柱試體模本論文使用直徑 15cm 高度 30cm 與直徑 12cm 高度 24cm 兩種尺寸之混凝土圓柱試體模, 試體模之各尺寸須符合 CNS 1230 混凝土試體在試驗室模製及養護法 之規定, 每年查驗ㄧ次, 如圖 3.24 所示 圖 3.24 圓柱試體模 33

45 方塊試體模本論文關於砂漿墁料抗壓試驗, 使用 5x5x5cm 方塊試體模 試體模之尺寸及硬度, 須符合 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 之相關規定, 每年查驗一次, 如圖 3.25 所示 圖 3.25 方塊試體模 長度變化試體模長度變化試驗使用 2.5x2.5x29.5cm 之試體模, 試體模及各裝置之尺寸與材質, 須符合 CNS 硬固水泥砂漿及混凝土長度變化試驗法 之規定 模外兩端鎖模具固定用螺絲, 模內兩端鑲嵌標釘, 每根長度為 17.5mm±0.5mm ( 使用前須查驗 ) 模具使用前須將有效標距( 兩端嵌標釘之淨間距 ), 利用 30cm 游標卡尺來調整其淨間距落在 250±2.5mm 範圍之內, 如圖 3.26 所示 圖 3.26 長度變化試體模 34

46 凝結時間試體模混凝土凝結時間初凝試驗, 使用符合 CNS 混凝土凝結時間試驗法 或 ASTM C403/C403M Standard Specification for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance 相關規定, 尺寸大小為 25x25x16cm 的試體模, 如圖 3.27 所示 圖 3.27 凝結時間試體模 混凝土試拌設備 控制組混凝土及無機聚合物 CLSM 試拌使用之儀器設備, 除上述已提及之試驗機 磅秤與試體模具外, 尚有混凝土拌合機 #4 篩網及坍度錐等儀器, 於此節分述之 混凝土拌合機 強制式水平雙軸拌合機, 供實驗室設計混凝土及無機聚合物 CLSM 拌合用, 如圖 3.28 所示 35

47 圖 3.28 水平雙軸拌合機 坍度錐坍度試驗用坍度錐, 各尺寸及材質須符合 CNS 1176 坍度試驗法 或 ASTM C143/C143M Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete 之規定, 如圖 3.29 所示 圖 3.29 坍度錐 36

48 #4 篩網混凝土初凝試驗用 #4 篩網, 須符合 CNS 386 試驗篩 或 ASTM E11 Standard Specification for Wire Cloth and Sieves for Testing Purpose 之規定, 每半年須查驗一次, 每年送校一次, 如圖 3.30 所示 圖 3.30 #4 篩網 墁料之機械拌合機 拌合水泥漿或水泥砂漿墁料使用之儀器, 拌合機 拌碗及攪漿之轉速 尺寸與重量, 須符合 CNS 3655 水硬性水泥可塑稠性水泥漿及墁料之機械拌合法 或 ASTM C305 Mechanical Mixing of Hydraulic Cement Pastes and Mortars of Plastic Consistency 之規定, 如圖 3.31 所示 本論文使用此設備供卜特蘭 I 型水泥及無機聚合物砂漿墁料拌合之用 37

49 圖 3.31 機械拌合機 流動性台及流度尺 流動性台每次跌落高度為 12.7mm, 以 15 秒時間恰跌落 25 次之速度為準 流動性台之材質 安裝與支架 跌落高度 各部份元件及流度尺等尺寸, 皆須符合 CNS 1012 水硬性水泥試驗用之流動性台 或 ASTM C230 Standard Specification for Flow Table for Use in Tests of Hydraulic Cement1 之規定, 如圖 3.32~3.34 所示 圖 3.32 流動性台 38

50 圖 3.33 流度尺 圖 3.34 流度台設定跌落 25 次設定器 水平儀 ( 水準氣泡 ) 每年查驗ㄧ次, 利用間隙規使之傾斜 >0.5 度時, 氣泡須落在標線外 水準氣 泡用於圓柱試體蓋平時, 為確保蓋平面呈水平的輔助工具, 如圖 3.35 所示 39

51 圖 3.35 水準氣泡 養護池 池內水溫與以電子式溫度控制器控溫在 23±1.7 範圍內, 並加入飽和之石灰水, 以供儲存試體並養護之用途 養護池須符合 CNS 3037 水硬性水泥及混凝土試驗用水槽 濕養櫃及濕養室 之規定, 如圖 3.36 所示 圖 3.36 養護池與溫度控制器 濕養櫃 圓柱試體完成模製後, 於 20~24 小時內應拆模將試體放置於養護池養護, 但拆模前應連同模具放置於濕養室櫃養護至拆模之時 濕養櫃須符合 CNS 3037 水硬性水泥及混凝土試驗用水槽 濕養櫃及濕養室 之規定, 如圖 3.37 所示 40

52 圖 3.37 濕養櫃 恆溫恆濕機 砂漿墁料拌合 搗實且模製完成後, 儲存試體 ( 含模具 ) 至試體拆模之前 恆溫恆溼機須符合 CNS 3037 水硬性水泥及混凝土試驗用水槽 濕養櫃及濕養室 之規定, 溫度須能維持在 23±1.7, 濕度控制在 95% 以上, 每年校驗一次, 如圖 3.38 所示 圖 3.38 恆溫恆濕機 41

53 3.5 試驗程序 本研究有關砂漿墁料之各項試驗程序, 係依據 CNS 61 卜特蘭水泥 及 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 及相關規定進行實驗 惟無機聚合物 CLSM 圓柱試體抗壓強度試驗, 因 CNS 國家標準尚無相關標準可供參考, 乃依據 ASTM D4832 Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders 規範來執行測試 砂漿墁料拌合 流度及抗壓試驗 依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 之規定, 試驗前置作業須將各試體模具之每ㄧ部份元件, 表面擦拭乾淨並塗一薄層礦油 然後將試體模各部份元件依順序組合併成 此時於底模及側模之接縫處, 塗抹一層凡士林, 再將模子與底板組合, 並檢查是否有鬆動 最後於底板與模子的接縫處再塗上一層凡士林, 以確保試體製作過程中, 不致發生滲水而影響試驗結果數據 水泥砂漿墁料拌合程序控制組水泥砂漿試體所需各項材料重量, 依據 CNS 3655 水硬性水泥可塑稠性水泥漿及墁炓之機械拌合法 之規定, 如表 3.12 所示 於試驗前先將去離子水置於溫度 23 之環境中, 靜置至少 6 小時以上, 使去離子水之溫度能保持在 23 左右, 以作為試驗之拌合水用 取二個乾淨的塑膠碗, 置於磅秤上並先歸零, 再分別秤取所須水泥及標準砂之重量於碗內 每盤試驗可選擇拌合六顆或九顆試體 各項材料之量準備完成後, 先將乾攪槳及乾拌碗置於拌合器內之拌合位置 把玻璃量筒置於磅秤上並歸零, 秤取試驗所需去離子水之量於玻璃量筒內, 然後倒入乾拌碗內 42

54 表 3.12 卜特蘭水泥各項拌和材料重 試樣 ( 個 ) 6 9 水泥 ( 公克 ) 砂 ( 公克 ) 水 ( 公克 ) 將塑膠碗內已量秤適當量之水泥加入拌碗內, 調整轉數速率開關至慢速, 開動拌合機拌合 30 秒, 標準砂於此 30 秒期間, 慢慢加入 2 停止拌合器, 迅速調整轉數速率開關至中速, 拌合機繼續拌合 30 秒 3 停止拌合器 1 又 1/2 分鐘, 此時於最初 15 秒內, 以刮刀將附著於拌碗邊緣之水泥漿刮入拌碗內, 然後用微濕之抹布將拌碗開口蓋住 4 再以中速拌合 1 分鐘後停止, 此時即完成水泥砂漿之拌合 無機聚合物砂漿墁料拌合程序參照 CNS 3655 水硬性水泥可塑稠性水泥漿及墁料之機械拌合法 之規定執行試驗 各項材料拌合所需重量, 如表 4.2 及表 4.4 所示 於試驗前先將氫氧化納水溶液置於溫度 23 之環境中 8 小時以上, 使其溫度能保持在 23 左右 取三個乾淨的塑膠碗, 先後置於磅秤上並歸零, 再秤取所需之變高嶺石 玻璃粉及標準砂之重量於個別的塑膠碗內, 如圖 3.39 所示 圖 3.39 各項拌和材料之準備 43

55 將乾拌碗置於磅秤上歸零, 秤取定量的水玻璃溶液於乾拌碗內 將玻璃燒杯置於磅秤上並歸零, 再秤取適量的氫氧化納水溶液 將乾攪槳及拌碗置於拌合機內之拌合位置, 再將玻璃燒杯內的氫氧化納水溶液倒入於拌碗內 1 將塑膠碗內已量秤適當量之變高嶺石及玻璃粉加入拌碗內 2 調整轉數速率開關至慢速, 開動拌合機拌合 30 秒, 標準砂於此 30 秒期間, 慢慢加入 3 停止拌合器, 再迅速調整轉數速率開關至中速, 拌合機繼續拌合 30 秒 4 停止拌合器 1 又 1/2 分鐘, 此時於最初 15 秒內, 以刮刀將附著於拌碗邊緣之漿料刮入拌碗內, 然後用微濕之抹布將拌碗開口蓋住 5 再以中速拌合 1 分鐘後停止, 此時即完成無機聚合物墁料之拌合, 如圖 3.40 所示 圖 3.40 拌合機拌合砂漿墁料 流動性之測定依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 第 8.3 節之規定進行試驗 流動性台面先用濕布小心拭淨後, 將流動性模子置於台面中心位置上 加墁料一層於模子內, 厚約 25mm, 用搗棒舂搗 20 次, 舂搗之壓力須恰使模 44

56 子內之墁料均勻填實, 將模子內墁料依前述第一層方法充滿, 並加舂搗, 用刮刀 ( 與模子面垂直 ) 之直邊, 在模子頂往復鋸動, 將溢出模子頂之墁料刮平, 與模子頂相齊, 將流動台面擦拭乾淨, 並使乾燥, 尤其注意將流動性模子周邊任何水分除淨 模子應在墁料混合完成後一分鐘內提起, 提起後立即將流動性台以每次跌落高度為 12.7mm 於 15 秒跌落預先設定之 25 次後, 量測其流度值 用測徑器在間隔約略相等之 4 處量測之並相加其結果, 即得其流度平均值, 如圖 3.41 所示 圖 3.41 砂漿墁料流動性試驗 若試體有作流動性測定, 則於流動性測定完成之後, 立即將流動台上之墁料移置於拌碗內, 並迅速刮下碗邊附著之墁料, 使集中於拌碗之內, 然後整盤墁料以中速混拌 15 秒, 即可製模 如需複份試樣, 則流動性試驗可以略去, 僅需將墁料留置拌碗內經 90 秒鐘 ( 此時不須加蓋 ), 且於這段時間最後 15 秒內, 刮下拌碗邊所沾墁料, 並以中速攪拌 15 秒鐘後即可開始製模 但應注意每次試用不同水量時, 另行使用新的拌合料 墁料搗實與模製程序 依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 第 9 節之規定, 在各方 塊試體模具中, 各個立方格內加入水泥砂漿墁料, 厚約 25 公厘 ( 約模高度之一半 ) 45

57 然後在格內以規定之順序方式, 樁搗四遍, 每遍八次, 搗棒共計於各立方格內, 每層搗擊 32 次, 試體製模時樁搗之順序如圖 3.42 所示 每相鄰兩遍之樁搗順序應相互垂直,32 次應使模子內墁料能均勻填實 模製搗實程序, 應在初始拌合完成後 2.5 分鐘內開始執行 各模具之每立方格第一層墁料均全部樁搗完畢時, 才統一將其餘墁料加入各模每立方格內 如前法樁搗第二層 每一遍樁搗完成後應用手指 ( 須戴上橡皮手套 ) 將模子頂溢出之墁料刮回後, 再樁搗次一遍 第二層樁搗完畢後, 須用刮刀將高出模子頂之墁料刮平至與模子頂齊平 刮平時須注意, 使刮刀之邊緣 ( 刀頂面微翹 ) 與模子長方向垂直, 將立方體頂面刮平 為使墁料平整及高出模子面之墁料厚度均勻起見, 可用刮刀之邊緣 ( 刀頂面微翹 ) 再次沿模子長方向輕輕刮平一次, 將刮泥刀之直邊 ( 刀面與模子近乎垂直 ) 沿模子長方向往後復鋸動, 將墁料刮平至與模子頂相齊為止 圖 3.42 樁搗之順序 試體養護依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 第 10 節之規定, 模製完成後, 應立即將試體連同模具, 置入恒溫恒濕機中 ( 溫度須能維持在 23±1.7, 濕度控制在 95% 以上 ), 圖 3.43 所示 置於恒溫恒濕機中經 20 至 24 小時, 試樣上面應暴露於濕空氣中, 但不得有水滴落其上 倘試樣在未滿 24 小時自模子中取出, 仍應使之留置於恒溫恒濕機之架上 當試體連同試體模置於恒溫恒濕機中經 20 至 24 小時期間內 46

58 除測試 12 小時抗壓試驗所需之試體外, 所有試體於 20~24 小時內拆模, 將 試體編號後, 浸入於飽和之石灰水中, 直到抗壓試驗齡期達到時為止, 如圖 3.44 所示 圖 3.43 試體置於恒溫恒濕機中養護情形 圖 3.44 試體置於養護池中養護情形 47

59 砂漿墁料試體抗壓試驗依據 CNS 1010 水硬性水泥墁料抗壓強度檢驗法 第 11 節之規定, 於規定之齡期到達時, 試體於水槽中取出應立即以濕布覆蓋, 並立即使用抗壓機進行試驗 試樣之規定試驗齡期容許差如下表 3.13 所示 表 3.13 試驗齡期容許差 試驗齡期 容許誤差 24 小時 ±1/2 小時 3 天 ±1 小時 7 天 ±3 小時 28 天 ±12 小時 試驗時將試體表面之水擦乾, 並將其兩端與承壓板接觸之面使其不致黏著任何砂粒或他物 用直尺檢查是否平整, 如有可見之曲度則應磨平或棄置不用 若有不平試體, 可以使用砂紙磨平, 若不平過甚, 宜廢棄不用 選擇試體之受力面, 須為試體製作時與模子側邊接觸四面中其中之二面 量測試體受壓面之斷面尺度並記錄於表格中, 記錄至小數下二位 ( 即 0.01cm) 將試體置於抗壓機承壓板之正中央, 調整制動開關上升下承壓板至試體與上承座微微接觸時, 即固定制動開關, 改以微動調整, 控制其加壓速率, 使試體於抗壓開始直至破壞為止之過程, 在 20~80 秒之時間內完成 當試體估計可承受 1400kg 以上之最大負荷時, 試驗初期負荷可按任何適當之速率加重至最大負荷之半 若預期最大負荷小於 1400kg 時, 不得使用初期負荷 增加荷重之速度, 其速度應適當, 使荷重之餘量 ( 或全量, 如預期荷重小於 1400kg), 不經停頓地均勻增加荷重於試樣上, 足使在 20 至 80 秒之間達到此崩壞之最大荷重, 如圖 3.45 所示 在崩壞前瞬間, 因降伏甚快, 故對於試驗機之控制, 無須加以任何調整 48

60 圖 3.45 試體抗壓試驗破壞情形 砂漿試體長度變化試驗 依據 CNS 硬固水泥砂漿及混凝土長度變化試驗法 之規定執行試驗, 先以凡士林 油酯或封蠟塗抹於模具接縫處, 使之密封, 以防滲水情況發生 於試體製作前模具內需確實以礦物油塗抹, 以利拆模 於試體製作前須以游標卡尺查核 確認標釘埋入試體之長度 拌和前須將所有使用材料之溫度調控在 20~27.5 之間, 拌和水之溫度則需為 23.0±2.0, 所有材料均以質量配比 依 CNS 3655 水硬性水泥可塑稠性水泥漿及墁料之機械拌和法 規範中, 所述方法拌製砂漿試體 模製實驗室之環境條件, 須維持室溫及乾材料溫度在 20~27.5 之間, 相對濕度不得小於 50%, 對每一試驗條件須製作 3 只試體 將大約等量之砂漿墁料分兩層入模, 每層皆以搗杵搗實, 使砂漿墁料充填密實至模子角落 鑲嵌標釘周圍及沿著模子內表面之部分, 直至試體均勻為止 於頂層搗實完成後, 刮除溢出模頂之水泥砂漿, 並以鏝刀來回鏝平數次以修平試體表面, 即完成長度變化試驗試體之模製, 如圖 3.46 所示 49

61 圖 3.46 長度變化試驗製模情形 試體完成模製後, 隨即放鬆模具兩端固定螺絲, 解除對鑲嵌標釘定位裝置之束制, 以防標釘對試體初期之收縮造成任何之束制 將試體放置於符合 CNS 3037 水硬性水泥及混凝土試驗用水槽 濕養櫃及濕養室 規定之恆溫恆濕機內, 養護仍鑄於模內之試體, 此期間需保護試體免受滴落水滴之影響 由拌和作業中水泥加水時起算 ( 或氫氧化鈉溶液加入變高嶺石時起算 ), 至齡期為 23.5±0.5 小時時將試體脫模, 脫模時可使用脫模工具以移出試體, 不可使用敲打或震擊之方式, 更須小心不得直接施壓於標釘之上 在脫模作業中, 支承鑲嵌標釘之支承座須仍續接於標釘上 標示於試體上用以識別或定位之記號, 限用石墨製軟質鉛筆或不含膠結料沉積主成分為石墨之墨汁, 或防水且不可拭除之墨水標記之 當試體由模內移出時, 須將其浸置於溫度維持在 23.0±0.5 之飽和石灰水中至少 15 分鐘 於試體齡期達到 24±1/2 小時時, 將試體由飽和石灰水中取出, 一次一只以濕布擦拭後, 隨即讀取其長度比較測微器之初始讀值 ( 相同齡期須在 ±1/2 小時內讀取試體長度比較測微器之初始讀值 ), 然後將試體貯存於溫度維持在 23.0±2.0 之飽和石灰水中養護, 直至試體之齡期 ( 包括鑄於模內之間 ) 達 28 天止 養護期結束時, 試體須如前述程序, 先將其浸置於嚴密控溫 (23.0±0.5 ) 之飽和石灰水中, 使試體間之溫差更小時, 始依前述初始讀值之方式, 讀取其第 2 回試體與標準桿之長度比較測微器讀值 50

62 3.5.3 混凝土拌合程序 粗細粒料取樣, 分別置於已知盤重之鐵盤上以磅秤稱重 以烘箱予以烘乾, 冷卻後稱重, 前後重量除以試樣乾重, 得含水率 ( 此為骨材前置作業 ) 依計算後實際拌和量秤取材料, 拌合試驗之前先以相同砂漿配比秤取材料總重約 15kg, 於拌和機內拌合, 待拌合機內沾滿砂漿後倒出, 不清洗拌和機直接進行拌合 ( 此為潤漿前置作業 ) 將粗粒料及拌和水放入, 開始轉動 30 秒, 之後依序放入細粒料及水泥 ( 無機聚合物 CLSM 則是將粗粒料及氫氧化鈉溶液放入, 開始轉動 30 秒, 之後依序放入細粒料 變高嶺石 玻璃粉及水玻璃 ) 每種拌合材料放入前, 須先停止轉動, 放入後應轉動 30 秒, 再放入其它拌和材料, 所有材料加入後, 將水平雙軸拌合機先轉動 3 分鐘, 然後停止 3 分鐘, 停止時將拌和機開口覆蓋, 最後再轉動 2 分鐘 圓柱抗壓試體的製作與養護, 依據 CNS 1230 混凝土在試驗室模製及養護法 或 ASTM C192/C192M Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory 之規定, 以分層搗實的方式製作各項試體並立即放入濕養櫃中養護, 模製圓柱抗壓試體時應於濕養櫃中養護至製作完成後 20~24 小時內拆模, 置於養護池中養護至試驗齡期到達為止 混凝土坍度試驗 依據 CNS 1176 混凝土坍度試驗法 或 ASTM C143/C143M Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete 之規定, 先以水濕潤坍度模及平板並已濕布擦拭乾淨, 放在不吸水的潮濕剛性平面上, 操作者以雙腳穩固地踏住踏腳片以防止模具移動, 然後將試樣分三層填入, 每層約為模具體積的三分之一, 如圖 3.47 所示 ( 三分之一體積高度為 70mm, 三分之二體積高度為 160mm) 51

63 圖 3.47 混凝土坍度製模情形 各層以搗棒搗插 25 次, 搗插應均勻分佈於各層斷面, 最底下一層應有一半係沿底端圓周以依錐壁傾斜方向搗插, 然後以螺旋之行徑, 以垂直方向逐漸往中心搗插 搗插底層時須貫穿該層, 搗插第二 三層時, 須穿透該層而恰好插到下一層為止 裝填搗插最上一層時, 應有多餘之混凝土高出錐面, 然後才開始搗插, 在搗插中若混凝土已低於錐面時, 應立即添加混凝土, 以隨時保持高出錐面 搗插完成後, 以搗棒滾動刮除多餘之混凝土, 然後立即小心地以垂直方向提起模具, 在 5±2 秒時間內等速提上 300mm 之距離 提模過程中不得側移或旋轉, 由填充試樣到提起模具之過程不得中斷, 並且必須在 2.5 分鐘內完成坍度試驗 立即量取錐頂面和坍下試體頂面之原中心點之垂直距離, 即為坍度, 如圖 3.48 所示 如試體傾瀉而下或試體之一側或一部份崩下, 則不計該次試驗, 由樣品中取另外之部份試樣, 重作坍度試驗 52

64 圖 3.48 量測混凝土坍度情形 如果連續兩次均發生相同結果時, 則該混凝土可能缺乏作坍度試驗所需之塑 性和凝聚性 根據規範所述, 坍度小於 15mm 之混凝土可能不具適宜之塑性, 而 坍度大於 230mm 之混凝土則可能不具適當之凝聚力 53

65 3.5.5 混凝土初凝試驗 依據 CNS 混凝土凝結時間試驗法 或 ASTM C403/C403M Standard Specification for Time of Setting of Concrete Mixtures by Penetration Resistance 之規定執行試驗, 於試體製作前將拌和完成之混凝土, 以 #4 孔徑之試驗篩, 依濕篩法儘可能篩分代表性混凝土試樣中全部之墁料砂漿, 如圖 3.49 所示 再將其盛裝入不吸水之 25x25x16cm 試樣容器中, 以手拌方式重新拌和 ( 以充分拌勻為原則 ) 通過 #4 篩之砂漿, 量測並記錄砂漿溫度 圖 3.49 濕篩法篩分砂漿 將水泥砂漿不分層一次置入一個或數個試樣容器內至 140mm 以上之深度 把試樣容器於堅固平面上前後振動 ( 或振動台上振動 對較稠之砂漿應使用低振幅, 防止濺出 ), 再以搗棒輕敲試樣容器側面 ( 敲擊時須對稱敲擊 ), 搗實水泥砂漿 若採用搗棒搗實, 於試體頂面每 1 in 2 搗實一次以排除試體內之空氣, 再以搗棒敲擊試樣容器側面 ( 敲擊時須對稱敲擊 ) 使搗棒留下之孔洞密合 最後鏝平砂漿表面, 砂漿高度至少低於容器頂緣高度 1/2 in, 藉此空間收集泌水並防止頂面與保護覆材接觸 試樣放置於溫度為 20~25 範圍內之空間, 量測並紀錄試驗開始及結束時之 54

66 周遭氣溫 除吸取浮水或進行貫入試驗以外之時間, 試驗期間應以濕布蓋住試驗之試樣, 及避免陽光直射 對於一般混凝土, 第一次測試應於水泥與拌和水開使接觸後 3 至 4 小時進行, 以後每隔 0.5 至 1 小時測試一次 進行貫入試驗前, 以吸量管移除水泥砂漿試樣表面之泌水, 且為方便收集泌水, 可於收集泌水前 2 分鐘, 小心的將試體一邊抬高 10 ( 可置一墊塊 ), 以方便吸取泌水 依凝結狀況, 選用適當之貫入針, 和緩的施加一垂直向下力量於試體上, 使貫入針於 10±2 秒內貫入試樣 25±1.5mm 之深度 貫入時應注意貫入針頭須垂直試體表面, 並避開貫入區域中有大孔隙者 記錄貫入針尺寸 貫入力量及所經過之時間, 如圖 3.50 所示 圖 3.50 初凝試驗貫入情形 各貫入位置間之淨距離至少需為前次貫入針直徑之 2 倍, 且不得小於 1/2 in; 而與容器周圍之淨距離不得小於 1 in(25 mm ), 並且不得大於 2 in(50 mm ) 每隔約 30min 進行貫入試驗, 直至測得 500psi(3.8MPa) 以上之貫入阻抗為止, 為試樣之初凝時間, 如圖 3.51 所示 55

67 圖 3.51 初凝試驗完成貫入針貫入程序之試樣 CLSM 圓柱抗壓試驗 本論文對於無機聚合物控制性低強度材料之圓柱試體抗壓試驗, 係依據 ASTM D4832 Preparation and Testing of Controlled Low Strength Material (CLSM) Test Cylinders 之規定執行測試 試驗當日小心地將試體由模子取出, 並讓試體於蓋平前 4~8 小時內達氣乾狀態, 如圖 3.52 所示 若試體澆鑄面不為一水平面時, 此時使用鋼刷刷平該面, 將所有易鬆散之顆粒刷除後蓋平 試體之蓋平方式依照 ASTM C617(Reapproved 2003) Standard Practice for Capping Cylindrical Concrete Speciems 規定中, 有關試體蓋平程序之相關章節執行實驗, 如圖 3.53 所示 惟 CLSM 試體抗壓強度結果值較一般混凝土強度低甚多, 故蓋平時須採用強度較低的石膏種類 56

68 圖 3.52 試體於蓋平前達氣乾狀態 圖 3.53 圓柱試體蓋平情形 57

69 CLSM 試體較一般混凝土試體要來得脆弱, 在脫模及蓋平時拿取試體須特別小心, 且不必量測各試體的直徑或高度以避免試體表面無謂的破損 將蓋平後試體小心翼翼地放在抗壓機下承壓塊之上, 並對準其上承壓塊之中心位置 啟動抗壓機使上承壓塊下降至快接觸試體蓋平面之時, 用手微微轉動上承壓塊, 使其承壓面之能輕輕與蓋平面水平貼合, 使抗壓機能均勻施加壓力於試體承壓面 ( 即蓋平面 ) 上 載重應連續施加不得有震動之狀況發生, 施加載重時以一固定速率執行試驗, 該速率應使試體不得於 2 分鐘內產生破壞 載重速率在試體即將達破壞前不得再行調整, 試體破壞後將載重過程中所得最大荷重加以記錄, 如圖 3.54 所示 破壞模式之分類, 如圖 3.55 所示 圖 3.54 圓柱試體抗壓試驗直至破壞情形 58

70 3.5.7 混凝土圓柱抗壓試驗 為了作為無機聚合物製作成 CLSM 圓柱抗壓強度試驗結果的參考, 本論文規劃一組控制組, 依照實驗室的配比設計強度 280kg/cm 2, 進行混凝土圓柱抗壓試驗 試體之蓋平方式依照 CNS 混凝土圓柱試體蓋平法 執行蓋平 與第 節所述 CLSM 圓柱抗壓蓋平石膏不同的是使用強度較高的石膏 蓋平程序完成後, 則依據 CNS 1232 混凝土圓柱試體抗壓強度之檢驗法 之規定執行抗壓試驗 啟動抗壓機使上承壓塊下降至快接觸試體蓋平面之時, 用手微微轉動上承壓塊, 使其承壓面之能輕輕與蓋平面水平貼合, 使抗壓機能均勻施加壓力於試體承壓面 ( 即蓋平面 ) 上 試體在從養護室取出後至蓋平期間, 視需要得以濕布包裹 以游標卡尺在試體中間高度處, 量測試體兩個約略相互垂直之直徑兩次, 取平均值以決定試體之斷面積 ( 此與第 節所述 CLSM 圓柱試體抗壓使用標稱直徑來計算不同 ) 將試體安置於試驗機平台中心圓環內等待測試, 將電腦設定以每秒 3.0 kg/cm 2 之加壓速率, 當球形座接近試體時, 用手慢慢地旋轉其可動部份, 使荷 重均勻作用於試體上 球形座完全接觸試體後, 持續加壓至試體破壞為止並記錄 破壞形態 破壞型態依據 CNS 1232 混凝土圓柱試體抗壓強度之檢驗法 之規 定, 共分為如圖 3.55 所列之六種破壞模式 錐形 錐形及劈裂 錐形及剪裂 剪裂 柱狀 其他 (A) (B) (C) (D) (E) (F) 圖 3.55 圓柱試體破壞模式 59

71 第四章 試驗分析與結果 4.1 砂漿試驗 本試驗主要在探討使用 Geopolymer 無機聚合物, 製作的砂漿試體強度或長度變化率是否合適應用在 CLSM 之用途上, 並作為 CLSM 試拌時之用水量ㄧ個重要參考指標 因實驗室 28 天龄期混凝土設計抗壓強度為 280 kg/cm 2, 為獲得符合 CLSM 對於 28 天抗壓強度要求之無機聚合物 CLSM 規劃以無機聚合物材料製成之砂漿墁料抗壓強度, 其 12 小時齡期至少大於 13kg/cm 2 ;28 天齡期小於 130 kg/cm 卜特蘭 I 型水泥砂漿抗壓強度 此為控制試驗, 以台泥生產之品牌水泥 ( 卜特蘭 I 型 ), 依據 CNS 61 卜特蘭水泥 之規定, 製作的砂漿鏝料抗壓試體, 將抗壓強度試驗結果作為無機聚合物砂漿鏝料抗壓強度實驗參考之用, 其配比與結果如表 4.1 所示 表 4.1 卜特蘭 I 型水泥砂漿配比與抗壓強度試驗結果 組別水泥砂水 28 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 參考組 無機聚合物材料與飛灰取代部分水泥 本研究規劃以無機聚合物 (Geopolymer) 來取代部分水泥量, 並添加不同比例程度之飛灰與卜特蘭 I 型水泥, 混合作為黏結材料, 參考 CNS 61 卜特蘭水泥 之規定, 製作砂漿鏝料方塊抗壓試體, 配比如表 4.2 所示, 抗壓強度試驗結果如表 4.3 所示 60

72 由組別第 1,3 及 5 的配比與結果可發現, 提供試體絕大部分凝聚力之來源 為水泥, 無機聚合物材料於取代部分水泥後, 提供黏结力之能力相當微小, 不符 合本論文之動機與目的 表 4.2 水泥與無機聚合物材料砂漿拌合配比 組別水泥高嶺石飛灰玻璃粉水玻璃 氫氧化鈉水溶液 標準砂 水 表 4.3 水泥與無機聚合物材料砂漿強度試驗結果 組別 12 小時抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 28 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 )

73 圖 4.1 第 1~6 組 28 天齡期抗壓強度圖示 無機聚合物材料取代全部水泥 本研究規劃以無機聚合物 (Geopolymer) 來完全取代水泥, 作為黏結材料來拌合標準砂, 製作砂漿墁料方塊抗壓試體, 其配比如表 4.4 所示 抗壓強度試驗結果如表 4.5 所示 表 4.4 無機聚合物材料砂漿拌合配比 組別高嶺石 (g) 玻璃粉 (g) 水玻璃 (g) 氫氧化鈉水溶液 (g) 砂 (g) 水 (g) 續下頁 62

74 表 4.4( 續 ) 無機聚合物材料砂漿拌合配比 表 4.5 無機聚合物材料砂漿強度試驗拌合結果 組別 流度值 12 小時抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 28 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 7 - 無法成型無法成型 8 - 無法成型無法成型 無法成型無法成型

75 下限值 圖 4.2 第 7~16 組 12 小時齡期抗壓強度圖示 130 上限值 圖 4.3 第 7~16 組 28 天齡期抗壓強度圖示 64

76 選擇符合規劃預定要求 ( 第 4.1 節所述 ) 的第 16 組試驗結果, 如圖 4.2 及 4.3 所示 其配比作為後續規劃無機聚合物 CLSM 試拌的依據, 並加做 3 天與 7 天齡期抗壓強度試驗 (3 天強度為 99kg/cm 2,7 天強度為 106kg/cm 2 ), 製成與齡期之關係圖, 如圖 4.4 所示 抗壓強度 (kg/cm 2 ) 齡期 ( 天 ) 圖 4.4 無機聚合物材料砂漿抗壓強度與齡期關係 卜特蘭 I 型水泥砂漿長度變化試驗 使用卜特蘭 I 型水泥製作之參考組長度變化試驗, 其拌合配比如表 4.6 所示, 長度變化結果如表 4.7 所示 表 4.6 卜特蘭 I 型水泥砂漿配比 水泥 (g) 砂 (g) 水 (g)

77 表 4.7 卜特蘭 I 型水泥長度變化試驗結果 組別初始讀值 (mm) 28 天齡期讀值 (mm) 28 天齡期長度變化率 (%) 標準桿 參 參 參 註 : 長度變化率結果正值為伸長 負值為收縮 平均值 無機聚合物砂漿長度變化試驗 規劃以無機聚合物作為單一黏結材料, 完全取代水泥來製作砂漿墁料試體, 測試其長度變化率, 其各材料配比如表 4.8 所示 為了解其乾縮體積變化的程度, 無機聚合物長度變化實驗視為試驗組, 試驗結果如表 4.9 所示 並與第 節中以卜特蘭 I 型水泥製作的參考組長度變化試驗結果相比較, 如圖 4.5 所示 表 4.8 無機聚合物材料砂漿長度變化試驗拌合配比 高嶺石 (g) 玻璃粉 (g) 水玻璃 (g) 氫氧化鈉水溶液 (g) 砂 (g) 水 (g)

78 表 4.9 無機聚合物材料砂漿長度變化試驗結果 組別初始讀值 (mm) 28 天齡期讀值 (mm) 28 天齡期長度變化率 (%) 標準桿 註 : 長度變化率結果正值為伸長 負值為收縮 平均值 其結果顯示, 試驗組的長度變化試驗結果, 雖然其收縮量約達參考組兩倍之 譜, 但仍在可接受的範圍內 ( 兩組試驗結果值均很小 ) 故其硬固乾縮量應不致於 造成回填之路面或結構物, 產生明顯的沉陷 龜裂或破壞等情形 收縮率 0.012% 0.010% 參考組 試驗組 0.008% 0.006% 0.004% 0.002% 0.000% 試驗組 參考組 圖 4.5 參考與試驗組長度變化試驗結果圖示 67

79 4.2 CLSM 試驗 根據砂漿墁料各項試驗的結果, 選擇第 16 組 ( 表 4.4) 的配比, 規劃試拌 CLSM 各材料配比用量 以無機聚合物材料取代混凝土中全部的水泥量, 進行 CLSM 試拌並測試其坍度 凝結時間及硬固後圓柱試體抗壓強度等試驗 表 4.10 所示為截錄自內政部營建署網站 CLSM 相關試驗要求 13 表 4.10 非制式材料產製 CLSM 之性質要求規定 項目試驗方法要求 抗壓強度 (kgf/cm 2 ) ASTM D4832 5~30 落球強度試驗 (cm) ASTM D 以下 坍度 (cm) CNS 以上 坍流度 (cm) CNS 以上 註 : 截錄自 可控制性低強度材料回填建議草案 ( 內政部營建署網站 ) 實驗室配比設計混凝土坍度與圓柱試體抗壓強度 作為無機聚合物 CLSM 試驗參考之對照試驗 ( 控制組 ), 使用與無機聚合物 CLSM 相同之粗細骨材, 惟黏結材使用卜特蘭 I 型水泥 ( 品牌水泥 ) 混凝土拌合所需之各項材料配比用量, 如表 4.11 所示 表 4.11 實驗室設計混凝土配比 組別 用水量 (kg) 水泥用量 (kg) 六分石濕潤重 (kg) 三分石濕潤重 (kg) 台灣砂濕潤重 (kg) 大陸砂濕潤重 (kg) 控制組

80 實驗室混凝土 28 天齡期設計抗壓強度為 280kg/cm 2, 實際試拌 3 天 7 天和 28 天齡期之圓柱試體抗壓強度平均值及坍度試驗結果, 如表 4.12 與圖 4.6 所示 表 4.12 實驗室混凝土試驗結果 組別 試體直徑 (cm) 3 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 7 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 28 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 坍度 (mm) 控制組 抗壓強度 (kg/cm 2 ) 齡期 ( 天 ) 圖 4.6 控制組各齡期抗壓強度試驗結果圖示 69

81 4.2.2 無機聚合物 CLSM 坍度與圓柱試體抗壓強度 使用無機聚合物材料, 作為黏結材料試拌 CLSM, 進行坍度 12 小時及 28 天齡期圓柱抗壓強度試驗, 測試其製成之 CLSM 是否符合工程上的施工需求 拌合所需之各項材料配比用量, 如表 4.13 所示 坍度 12 小時及 28 天齡期試驗結果數據, 如表 4.14 所示 為符合工程上施工的需求, 坍度下限值引用表 4.10 中, 坍度達 19cm 以上之數值 又依據 CNS 1176 混凝土坍度試驗法 備考之建議, 坍度大於 230mm 之混凝土, 則可能不具有適當之凝聚力 故本研究取坍度 23cm 為無機聚合物 CLSM 試驗之上限值, 如圖 4.7 所示 試驗結果中第 A3 A4 及 A5 組坍度均能符合需求, 其中以第 A5 組坍度值為 220mm 較佳, 根據台灣營建研究院 21 控制性低強度材料(CLSM) 之工程運用 研究中, 關於 CLSM 的定義, 為 28 天抗壓強度不超過 1200 psi( 約 84kg/cm 2 ) 引用 84kg/cm 2 為無機聚合物 CLSM 龄期 28 天之抗壓強度上限值 12 小時齡期抗壓強度要求, 參考 混合廢鑄件應用控制低強度材料之可行性研究 18 摘要之敘述, 採用 7 kg/cm 2 為下限值 由圖 4.8 與圖 4.9 所示之結果顯示,A1~A5 各組 12 小時與 28 天龄期的抗壓強度試驗結果, 均與需求尚符 表 4.13 無機聚合物 CLSM 拌合配比 組別 用水量 (kg) 水泥用量 (kg) 六分石濕潤重 (kg) 三分石濕潤重 (kg) 台灣砂濕潤重 (kg) 大陸砂濕潤重 (kg) A A A A A

82 表 4.14 無機聚合物 CLSM 試驗結果 組別 試體直徑 (cm) 12 小時抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 28 天抗壓強度平均值 (kg/cm 2 ) 坍度 (cm) 28 天與 12 小時抗壓強度平均值比 A A A A A 坍度 cm 23 上限值 下限值 圖 4.7 坍度試驗結果值圖示 71

83 A1 A2 A3 A4 A5 7 A1 A2 A3 A4 A5 下限值 圖 4.8 第 A1~A5 組 12 小時齡期抗壓強度圖示 80 上限值 60 A1 A2 40 A3 A4 20 A5 0 A1 A2 A3 第 A1~A5 組 28 天齡期抗壓強度 A4 A5 圖 4.9 第 A1~A5 組 28 天齡期抗壓強度圖示 72

84 4.2.3 無機聚合物 CLSM 圓柱試體抗壓破壞模式 CLSM 圓柱試體抗壓強度試驗各試體破壞模式均為 C 或 D 形式, 如圖 4.10 及 4.11 所示 由於 CLSM 圓柱試體抗壓強度, 是屬於強度值較低的範圍, 這與ㄧ般的混凝土圓柱抗壓強度試驗結果情形相符 ( 強度較低的混凝土發生 C 或 D 形式破壞的可能性較高 ) 雖然 CLSM 規範規定的試驗抗壓速率較一般混凝土圓柱抗壓試驗緩慢 (ASTM D4832 規定試體抗壓加壓至破壞為止要超過 2min), 此與ㄧ般混凝土圓柱試體抗壓試驗設定速率不同, 但ㄧ般而言, 混凝土圓柱試體抗壓強度值, 越是接近 700kg/cm 2 的高強度, 破壞模式為 A 形式的出現比率將會增高, 例如捷運環片的圓柱試體抗壓 本研究控制組實驗室設計混凝土圓柱試體抗壓強度試驗結果中, 破壞模式大致上為 A 或 B 的模式各半 圖 4.10 CLSM 圓柱試體破壞模式 C 73

85 圖 4.11 CLSM 圓柱試體破壞模式 D 實驗室混凝土初凝時間 實驗室混凝土控制組之初凝試驗結果為 324 分鐘, 如圖 4.12 所示 作為無機 聚合物 CLSM 試驗組初凝試驗結果之參考依據 時間 - 貫入阻抗關係 600 貫入阻抗 (psi) 時間 (min) 圖 4.12 實驗室混凝土控制組初凝時間試驗結果 74

86 4.2.5 無機聚合物 CLSM 初凝時間 無機聚合物 CLSM 初凝試驗結果為 316 分鐘, 如圖 4.13 所示 結果相當接 近實驗室混凝土控制組之初凝時間 324 分鐘 時間 - 貫入阻抗關係 600 貫入阻抗 (psi) 時間 (min) 圖 4.13 無機聚合物 CLSM 初凝時間試驗結果 無機聚合物 CLSM 經濟性分析 根據向第一化工購買無機聚合物各項材料的費用, 比較製作無機聚合物 CLSM 與實驗室設計 280kg/cm 2 強度之混凝土, 所需花費的差異 其中忽略製作程序 前置作業以及拌合水中去離子水用量不同所影響的費用, 整理並計算無機聚合物 CLSM 與實驗室設計混凝土, 每方 (m 3 ) 造價的差額, 作為經濟性分析 結果顯示無機聚合物材料比實驗室設計混凝土, 每方成本增加新台幣 元整, 如表 4.15 所示 75

87 表 4.15 無機聚合物與一般混凝土經濟性評估 無機聚合物 CLSM 一般混凝土費用增減 ( 元 ) 拌合水 氫氧化鈉 (143) - 去離子水 +143 水玻璃 (1919) 黏結材料 高嶺石 (4605) 玻璃粉 (14966) 卜特蘭 I 型水泥 (1105) 骨材相同粗細粒料 - 每立方米 (m 3 ) 比一般常重混凝土增加費用 ( 元 )

88 第五章 結論與建議 5.1 結論 本論文針對無機聚合物材料應用於控制性低強度混凝土材料 (CLSM) 的可行性, 作ㄧ系列的物理性試驗研究, 藉由試驗顯示的成果來整理 分析並獲得合理的結論列舉如下 1 由無機聚合物材料取代部分水泥, 與水泥混合之抗壓試驗結果得知, 其強度隨著無機聚合物材料用量之比例增多, 強度驟減的比例甚大 ( 如圖 4.1 所示 ) 顯示無機聚合物材料與卜特蘭 I 型水泥混拌的成效不彰 究其因可能為供水泥水化反應之拌合水, 將供無機聚合物反應之氫氧化鈉溶液濃度稀釋所導致的緣故, 導致無機聚合物的硬固強度無法發揮 故本論文後續第 7~16 組砂漿墁料試驗中, 改以純無機聚合物當作黏结材料來進行實驗 2 無機聚合物材料取代水泥製成的砂漿試體, 由 12 小時 3 天 7 天及 28 天強度製程之圖表結果分析, 此材料之抗壓強度於 3 天齡期時, 其強度即發展約為 28 天齡期時抗壓強度的八成左右 ( 如圖 4.4 所示 ), 此早強且後期強度增加幅度小的特性, 使得無機聚合物材料適合於 CLSM 的應用上 3 由無機聚合物材料製成的砂漿試體長度變化試驗結果, 雖然其 28 天齡期收縮率比卜特蘭 I 型水泥製成的控制組砂漿試體大 ( 如圖 4.5 所示 ) 但其硬固長度收縮率之值 0.01% 屬於微小變形, 仍在可接受的範圍內, 應不影響其在 CLSM 方面的應用上 4 無機聚合物材料取代水泥製成的混凝土, 其初凝與卜特蘭 I 型水泥製成的混凝土初凝時間相當接近 ( 如圖 4.12 與 4.13 所示 ), 顯示無機聚合物材料製成 CLSM 混合物的初凝時間在工程應用上, 可依ㄧ般卜特蘭 I 型水泥製的混凝土經驗來判斷 5 當無機聚合物 CLSM 之坍度值為 22cm 時, 此坍度足以不須經由搗實即可充滿圓柱試體模內各角隅 77

89 6 無機聚合物材料製成的 CLSM, 當坍度為 22cm 時, 其 12 小時齡期抗壓 強度值為 16kg/cm 2, 略大於 7kg/cm 2 的要求值 ;28 天齡期抗壓強度值為 30kg/cm 2, 遠低於 84kg/cm 2 的要求值 5.2 建議 1 本論文使用無機聚合物材料應用於控制性低強度混凝土材料(CLSM) 上之研究成果顯示, 其初凝時間 長度變化率及坍度試驗項目, 尚能符合需求 在 12 小時與 28 天齡期抗壓強度試驗項目, 則比採用卜特蘭水泥製成的 CLSM 有更佳的效果, 且更具環保性 2 本論文於砂漿墁料實驗階段, 推估無機聚合物 CLSM 抗壓強度將可達到 7~84kg/cm 2 範圍之配比, 對照實際無機聚合物 CLSM 之抗壓強度結果 ( 如圖 4.8 及圖 4.9 所示 ), 發現實際試拌 CLSM 的成果比預期的強度要來的偏低一些 究其原因應與粗細粒料表面游離水稀釋掉氫氧化鈉水溶液濃度有關, 因為砂漿墁料拌合使用乾燥潔淨的標準砂, 而 CLSM 則使用溼潤狀態的粗細骨材 以各項骨材含水率試驗結果來計算, 可得試驗每 0.1m 3 無機聚合物 CLSM 當中, 所含共計約 4.5kg 重的水, 如表 5.1 所示 此含水量與拌合 0.1m 3 無機聚合物 CLSM 加入之拌合水 ( 氫氧化鈉溶液 )16kg 的份量相較之下, 影響甚鉅 表 5.1 粗細骨材含水量詳細表 骨材項目 含水率 (%) 濕潤重 (kg) 含水量 (kg) 六分石 三分石 台灣砂 台灣砂 總計

90 3 如果欲將無機聚合物材料與水泥等黏結材一起使用, 須藉由改變拌合程序或各項材料添加順序等方式, 來避免供水泥水化反應之拌合水, 將供無機聚合物材料硬固反應之氫氧化鈉水溶液濃度稀釋的情形, 導致無機聚合物材料強度發展不佳的情形發生 4 本論文中 CLSM 各項材料拌合時添加的順序, 係參考 CNS 有關水泥及混凝土拌合類的規範及經 TAF 認證核可實驗室標準作業程序 (SOP) 之規定執行測試 其中, 無機聚合物之變高嶺石 玻璃粉及水玻璃, 依順序取代卜特蘭 I 型水泥加入拌合 本研究忽略 CLSM 拌合中, 各項材料掺入順序可能造成 CLSM 產生不同結果的影響, 但其不同之添加順序, 極有可能產生不ㄧ樣的結果 5 本研究所使用之無機聚合物材料組成, 包含固態粉狀的變高嶺石與玻璃粉及液態的水玻璃與氫氧化鈉水溶液 因先加粉狀的材料進拌合機而後加入液體會有容易造成拌合機底部殘留相當份量的粉料, 使得拌合之混合物無法均勻的困擾發生 故本研究針對無機聚合物各項材料加入拌合的順序, 採用參考拌合水泥或混凝土的步驟, 於拌合水加入後方才加入粉狀材料 如果採用合適之液狀材料取代變高嶺石及玻璃粉, 與水玻璃及氫氧化鈉水溶液組成液態的無機聚合物材料, 將可以解決此一拌合順序可能影響結果的因素 6 依據水泥或混凝土類材料之長度變化試驗規範執行測試, 其結果只能獲得無機聚合物材料本身, 在無外力作用下以 24 小時齡期為基準長, 28 天齡期時相對之硬固材料乾縮量之大小 此試驗無法完全呈現實務上管溝回填完畢後, 恢復交通或後續施工之外加載重, 施加在無機聚合物剛剛硬固凝結之材料上, 隨時間因素造成地面沉陷量變化之大小 因 CLSM 抗壓強度值較低的緣故, 本論文建議無機聚合物 CLSM 之體積變化行為, 應參考土壤類相關材料之測試規範, 如 CNS 土壤單向度壓密試驗法 之規定執行測試較為合適 7 水泥的發展已相當成熟, 為量產製造之一般市售產品, 因此無機聚合物材料成本要比所取代的卜特蘭 I 型水泥來的昂貴許多, 且預拌廠在材料的儲存 拌合與營運上等工作亦較繁複 故單就經濟性考量上, 以目前本論文規劃的配比製成的無機聚合物 CLSM, 市場競爭力尚不足以與水泥製 CLSM 相比 79

91 參考文獻 [1] ACI Committee 318, ACI 318M-02, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, American Concrete Institute, [2] Adaska, W. S., Controlled Low-Strength Materials, A Report from ACI Committee 229, Concrete International, Vol. 19, No.4, 1997, pp [3] America Concrete Institute, ACI (Reapproved 2002) Standard Practice for Selecting Proportions for Normal, Heavyweight, and Mass Concrete., American Concrete Institute, [4] ASTM Iternational, Annual Book of ASTM Standards, [5] Davidovits, J., Geopolymer Chemistry and Proceeding of Geopolymer 88 Second International Conference, France, 1988, pp [6] Landwermeyer, J.S. and Rice, E.K., Comparing Quick-Set and Regular CLSM, Concrete International, 1988, pp34 ~ 39. [7] Xu, H., and Van Deventer, J. S. J., The geopolymerisation of alumino-silicate minerals minerals, International Journal Minerals Process, Vol.59, 2000, pp [8] Xu, H., Van Deventer, J. S. J., Lukey, GC., Effect of alkali metals on the preferential geogoplymerization of stilbite / kaolinite mixtures, Int., Eng Chem, Res. 40, 2001, pp [9] 內政部營建署, 控制性低強度材料於土木工程應用之研究, 內政部營建署網站, 網址 : [10] 丘俊萍, 利用高爐爐渣製成無機聚合材料之研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學材料及資源工程研究所, 台北,2002 [11] 朱庭賢, 耐高溫無機聚合樹脂粘接材料之開發研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學材料及資源工程研究所, 台北,2006 [12] 交通部公路總局, 施工說明書, 交通部公路總局, 第一冊,2005 [13] 吳明修, 無機聚合樹脂應用於 RC 梁 FRP 貼片剪力補強之耐高溫研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學土木與防災研究所, 台北,2008 [14] 吳思緯, 無機聚合樹脂應用於 RC 梁 FRP 貼片撓曲補強之耐高溫研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學土木與防災研究所, 台北,

92 [15] 李維峰 鄭瑞濱, 控制性低強度材料之工程應用案例研究, 財團法人台灣營建研究院網站, 網址 : [16] 林炳炎, 飛灰 矽灰 高爐爐石用在混凝土中, 著者出版 [17] 柴希文 謝佩昌, 礦物摻料在高流動低強度回填料的應用, 應用礦物摻料提昇混凝土品質研討會論文集, 台灣營建研究院,1999 [18] 黃兆龍 江奇成 吳文龍, 混合廢鑄件應用控制低強度材料之可行性研究, 網址 : [19] 經濟部中央標準局,CNS 中國國家標準, 國家標準檢索系統, 網址 : [20] 黎光傑, 無機聚合樹脂粘接材料應用於包覆玻璃纖維補強混凝土之研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學土木與防災研究所, 台北,2006 [21] 潘昌林 鄭瑞濱, 控制性低強度材料 (CLSM) 之工程運用, 台灣營建知識網, 網址 : 之工程運用.pdf [22] 戴詩潔, 高嶺石鋁矽酸鹽聚合材料之研究, 碩士論文, 國立臺北科技大學材料及資源工程研究所, 台北,